工作過程：進氣-壓縮-噴油-燃燒-膨脹做功-排氣。
進氣沖程
進入汽缸的工質是純空氣。由于柴油機進氣系統阻力較小，進氣終點壓力pa= (0.85～0.95)p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300～340K，比汽油機低。
壓縮沖程
由于壓縮的工質是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε=16～22)。壓縮終點的壓力為3 000～5 000kPa，壓縮終點的溫度為750～1 000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。
做功沖程
當壓縮沖程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內與空氣混合后立即自行發火燃燒。汽缸內氣體的壓力急速上升，*高達5 000～9 000kPa，*高溫度達1 800～2 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發動機。
排氣沖程
柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700～900K。對于單缸發動機來說，其轉速不均勻，發動機工作不平穩，振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的，其他三個沖程是消耗動力為做功做準備的沖程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉動慣量，這樣又會導致整個發動機質量和尺寸增加。采用多缸發動機可以彌補上述不足?，F代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發動機。